近眼显示器及近眼显示系统的制作方法

本发明实施例涉及显示领域，并且更具体地，涉及近眼显示器及近眼显示系统。

背景技术：

增强现实(augmentedreality，ar)近眼显示技术，是一种将近眼显示器产生的虚拟图像与真实世界的实景图像叠加显示，从而使用户能够从屏幕上看到最终的增强实景图像的技术。

如图1所示，背景02为实景图像，正中间显示的时间01为近眼显示器产生的虚拟图像。近眼显示器通常佩戴在用户的眼部，例如近眼显示器通常以眼镜的形式呈现，则近眼显示器的屏幕为眼镜的镜片。通常近眼显示器包括投影部件，该投影部件产生的图像的光线经过多次反射之后投射至人眼的视网膜上。

现有技术中的近眼显示器的视场范围(fieldofview，fov)较窄，用户体验较差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种近眼显示器及近眼显示系统，用于解决现有技术中存在着的近眼显示器的视场范围较窄，用户体验较差的问题。

第一方面，提供了一种近眼显示器，包括：

液晶显示lcd面板，所述lcd面板包括平铺设置的多个lcd单元，所述多个lcd单元中的每两个相邻lcd单元间隔设置，且所述每两个相邻lcd单元之间填充有透光的透明基材；

设置在所述lcd面板的发光侧的折射结构，所述折射结构用于将所述多个lcd单元输出的光线折射到所述近眼显示器的焦点处，所述近眼显示器的焦点落在用户的眼球内。

具体地，所述近眼显示器的焦点落在所述用户的瞳孔圆心的中轴线上。

本发明实施例的近眼显示器中，通过在lcd面板的发光侧设置折射结构，将lcd面板显示的图像折射到用户的眼睛，同时外界的实景光线穿过lcd单元之间的透明基材进入用户的眼睛，能够实现lcd面板显示的虚拟图像与实景图像叠加的ar显示。同时，将lcd单元排列在整个lcd面板上，这样能够提供较大的视场范围，进而能够提升用户的视觉体验。

所述多个lcd单元中的每个lcd单元用于调制入射光线。通过控制lcd面板内的多个lcd单元对光进行调制，可以在lcd面板上显示图像。

可选地，折射结构还用于透射外界的实景光线。例如，折射结构中与每两个lcd单元之间间隔的透明基材正对的部分允许外界光线无畸变通过。可选地，折射结构中与每两个lcd单元之间间隔的透明基材正对的部分也可以为透明基材。

可选地，所述lcd面板还包括透明基板，所述多个lcd单元间隔放置在所述透明基板上。可选地，所述多个lcd单元的高度相同。

可选地，每两个相邻lcd单元之间填充的透明基材的高度不超出两侧lcd单元的高度。这样便于封装。

应注意，每两个相邻lcd单元之间的距离可以相同也可以不同。

在一些可能的实现方式中，所述折射结构包括多个折射结构，所述多个折射结构与所述多个lcd单元一一对应，所述多个折射结构中的每个折射结构用于将对应的lcd单元发出的光线折射至所述近眼显示器的焦点处，

所述多个折射结构中的每两个相邻的折射结构间隔设置，且所述每两个相邻的折射机构之间填充有透光的透明基材。

可选地，每两个相邻的折射结构之间的间隔与每两个相邻的lcd单元之间的间隔正对。这样，外部的实景光线可以无遮挡地通过两者间隔处填充的透明基材进入用户的眼睛。

这样，折射结构可以将lcd单元发出的光线折射至近眼显示器的焦点处，同时外界的实景光线可以穿过透明基材进入用户的眼睛，能够实现lcd面板显示的虚拟图像与实景图像叠加的ar显示。

可选地，每两个相邻的折射结构之间的透明基材与每两个相邻的lcd单元之间的透明基材的材料相同。

可选地，每个折射结构和对应的lcd单元通过第一胶水粘接。可选地，粘接在一起的折射结构和lcd单元作为一个像素组件。也就是说，近眼显示器可以包括多个间隔设置的像素组件，且每相邻的两个像素组件之间填充有透明基材。

在一些可能的实现方式中，所述每个lcd单元包括至少一个子lcd单元，在所述每个折射结构上靠近所述lcd面板的一侧设置有至少一个斜槽，所述至少一个斜槽与所述至少一个子lcd单元一一对应，所述至少一个斜槽中的每个斜槽用于将对应的子lcd单元发出的光线折射至所述近眼显示器的焦点处。

通过在折射结构上设置斜槽，能够将lcd单元中的每个子lcd单元发出的光线折射至近眼显示器的焦点处。

在一些可能的实现方式中，所述至少一个斜槽中的每个斜槽的斜面与所述折射结构上远离所述lcd面板的一侧表面具有一交线，所述交线与所述折射结构上远离所述lcd面板的一侧表面上沿所述近眼显示器的水平方向的第一中轴线之间的第一夹角φ满足以下关系式：

所述每个斜槽的斜面与所述折射结构上远离所述lcd面板的一侧表面之间的第三夹角θ满足以下关系式：

其中

d为所述每个斜槽的斜面的中心点到所述第一中轴线的距离，l为所述每个斜槽的斜面的中心点到所述折射结构上远离所述lcd面板的一侧表面上沿所述近眼显示器的垂直方向的第二中轴线的距离，n为所述折射结构的基材的折射率，nf为所述第一胶水的折射率，r为近眼显示视场弧面曲率半径，

所述交线与所述第一中轴线之间的第二夹角大于或等于所述第一夹角，所述斜面与所述折射结构上远离所述lcd面板的一侧表面之间的第四夹角大于或等于所述第三夹角。

通过使得折射结构上设置的斜槽满足以上要求，能够使得lcd面板上的lcd单元在用户的眼睛视网膜成清晰的全视野的像，成像不会因用户的眼睛变焦而模糊。

在一些可能的实现方式中，所述近眼显示视场弧面曲率半径r满足以下关系式：

其中，s为所述lcd面板的中心到所述用户的瞳孔中心的距离，α为眼睛的最大视角，p为所述用户的瞳孔半径。

在一些可能的实现方式中，自然光为所述lcd面板提供背光，所述近眼显示器还包括：

设置在所述lcd面板的背光侧的多个聚光透镜，所述多个聚光透镜与所述多个lcd单元一一对应，所述多个聚光透镜中的每个聚光透镜用于将指向所述每个聚光透镜的焦点处的自然光转变为准直光，并输入对应的lcd单元，以提高对应的lcd单元的背光强度，所述多个聚光透镜中的每两个相邻的聚光透镜间隔设置，且所述每两个相邻的聚光透镜之间填充有透光的透明基材；

设置在所述lcd面板和所述折射结构之间的多个准直滤镜，所述多个准直滤镜与所述多个lcd单元一一对应，所述多个准直滤镜中的每个准直滤镜用于滤除对应的lcd单元输出的非指定方向的光线，所述非指定方向为与所述准直光的方向不同的方向，所述多个准直滤镜中的每两个相邻的准直滤镜间隔设置，且所述每两个相邻的准直滤镜之间填充有透光的透明基材。

当采用自然光为lcd面板提供背光时，通过在lcd面板的背光侧设置聚光透镜能够有助于提高lcd面板的背光强度。同时，通过在lcd面板的发光侧设置准直滤镜，能够滤除非指定方向的光线，能够提高近眼显示器的成像质量。

在一些可能的实现方式中，所述折射结构包括多个子折射结构，所述多个子折射结构与所述多个准直滤镜一一对应，所述每个准直滤镜位于对应的lcd单元与对应的子折射结构之间，所述每个准直滤镜与对应的lcd单元之间通过第二胶水粘接，所述每个准直滤镜与对应的子折射结构之间通过第三胶水粘接。

可选地，每两个相邻的lcd单元之间的间隔、对应的相邻聚光透镜之间的间隔与对应的相邻准直滤镜之间的间隔、对应的相邻子折射结构之间的间隔正对。这样，外部的实景光线可以无遮挡地通过间隔处填充的透明基材进入用户的眼睛。

可选地，粘接在一起的聚光透镜、lcd单元、准直滤镜和子折射结构作为一个像素组件。这样，近眼显示器可以包括多个间隔设置的像素组件，且每相邻的两个像素组件之间填充有透明基材。

在一些可能的实现方式中，所述多个lcd单元中的每个lcd单元包括至少一个子lcd单元，所述每个聚光透镜包括至少一个子聚光透镜，所述每个准直滤镜包括至少一个子准直滤镜，所述每个子折射结构包括至少一个斜槽，所述至少一个子聚光透镜、所述至少一个子lcd单元、所述至少一个子准直滤镜与所述至少一个斜槽一一对应。

在一些可能的实现方式中，所述第二胶水的折射率比所述每个准直滤镜的基材的折射率低。

在一些可能的实现方式中，所述每个lcd单元包括红色子lcd单元、绿色子lcd单元和蓝色子lcd单元，所述每个准直滤镜包括三个子准直滤镜，位于同一个lcd单元内的所述红色子lcd单元、所述绿色子lcd单元和所述蓝色子lcd单元与位于同一个准直滤镜内的三个子准直滤镜一一对应；

每个子准直滤镜包括对称设置的两个圆锥形透镜，所述两个圆锥形透镜中的每个圆锥形透镜包括圆锥形透光体和向外突出的凸透镜，所述每个圆锥形透镜的焦点位于圆锥形透光体的顶端，所述两个圆锥形透镜的圆锥形透光体的顶端相连。

在一些可能的实现方式中，所述圆锥形透光体的高度t满足以下关系式：

其中，rr、rg、rb分别为位于同一lcd单元内的所述红色子lcd单元、所述绿色子lcd单元和所述蓝色子lcd单元各自对应的子准直滤镜中的凸透镜的曲率半径，nr、ng、nb分别为每个子准直滤镜的基材对红色波长的光、绿色波长的光、蓝色波长的光的折射率，nfr、nfg、nfb分别为所述第三胶水对红色波长的光、绿色波长的光、蓝色波长的光的折射率。

在一些可能的实现方式中，所述每个圆锥形透光体的轴截面的两条母线之间的夹角γ满足以下关系式：

所述每个子准直滤镜中的两个圆锥形透镜相连处为的透光孔的直径g满足以下关系式：

g≥2×λ

其中，λ为所述透光孔透过的光线的最大波长，t为所述圆锥形透光体的高度，w为所述圆锥形透光体的底面直径。

在一些可能的实现方式中，同一个准直滤镜内相邻的两个子准直滤镜之间设置有遮光槽，所述遮光槽内填充吸光材料。

在一些可能的实现方式中，所述近眼显示器还包括：

多个准直光源，所述多个准直光源与所述多个lcd单元一一对应，所述多个准直光源中的每个准直光源为对应的lcd单元提供背光，

所述多个准直光源中的每两个相邻的准直光源间隔设置，且所述每两个相邻的准直光源之间填充有透光的透明基材。

采用准直光源能够为lcd单元提供强度足够的背光，因此无需在近眼显示器中设置聚光透镜和准直滤镜，有利于简化近眼显示器的结构。

第二方面，提供了一种近眼显示器，所述近眼显示器包括：

弧面液晶显示lcd面板，所述弧面lcd面板包括沿设定弧面平铺设置的多个lcd单元，所述多个lcd单元中的每两个相邻lcd单元间隔设置，且所述每两个相邻lcd单元之间填充有透光的透明基材，所述多个lcd单元中的每个lcd单元输出的光线指向所述近眼显示器的焦点处，所述近眼显示器的焦点落在用户的眼球内。

通过在弧面lcd面板上设置多个lcd单元，并且在任意两个相邻lcd单元之间的间隔处采用透明基材，使得外部实景光线能够通过任意两个lcd单元之间的间隔，从而实现外部实景图像与lcd单元显示图像的叠加。

同时，采用弧面lcd面板，通过合理设计弧面lcd面板的弧度，使得每个lcd单元输出的光线直接指向近眼显示器的焦点处，无需设置折射结构对lcd单元输出的光线进行折射处理，有利于简化近眼显示器的结构。

在一些可能的实现方式中，所述近眼显示器还可以包括：

多个准直光源，用于发出准直光线，所述多个准直光源与所述多个lcd单元一一对应，所述多个准直光源中的每个准直光源为对应的lcd单元提供背光，

所述多个准直光源中的每两个相邻的准直光源间隔设置，且所述每两个相邻的准直光源之间填充有透光的透明基材。

在一些可能的实现方式中，自然光为所述弧面lcd面板提供背光，所述近眼显示器还包括：

设置在所述弧面lcd面板的背光侧的多个聚光透镜，所述多个聚光透镜与所述多个lcd单元一一对应，所述多个聚光透镜中的每个聚光透镜用于将指向所述每个聚光透镜的焦点处的自然光转变为准直光，并输入对应的lcd单元，以提高对应的lcd单元的背光强度，所述多个聚光透镜中的每两个相邻的聚光透镜间隔设置，且所述每两个相邻的聚光透镜之间填充有透光的透明基材；

设置在所述弧面lcd面板的发光侧的多个准直滤镜，所述多个准直滤镜与所述多个lcd单元一一对应，所述多个准直滤镜中的每个准直滤镜用于滤除对应的lcd单元输出的非指定方向的光线，所述非指定方向为与所述准直光的方向不同的方向，所述多个准直滤镜中的每两个相邻的准直滤镜间隔设置，且所述每两个相邻的准直滤镜之间填充有透光的透明基材。

通过设置聚光透镜和准直滤镜，有利于提高近眼显示器的成像质量。

第三方面，提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统包括：

如第一方面、第一方面的上述任一种可能的实现方式、第二方面或第二方面的上述任一种可能的实现方式所述的近眼显示器、收发信机、驱动芯片和电池；

所述收发信机用于接收图像信号，并将所述图像信号传送给所述驱动芯片；

所述驱动芯片用于根据所述收发信机接收到的所述图像信号，驱动所述近眼显示器显示相应的图像；

所述近眼显示器用于在所述驱动芯片的控制下显示图像，并将显示的图像投射到用户的眼睛内；

所述电池用于为所述近眼显示系统提供电源。

本发明实施例的近眼显示系统，不仅能够实现虚拟图像与实景图像叠加的ar显示，还能够提供较大的视场范围，提升用户的视觉体验。

所述图像信号可以是由与近眼显示器建立连接(如有线连接或无线连接)的终端或服务器发送的。

可选地，所述图像信号可以为数字图像信号。所述驱动芯片可以将接收到的所述数字图像信号转换为所述近眼显示器中lcd单元的驱动电流强弱及时序信号，然后根据所述驱动电流强弱及时序信号驱动所述近眼显示器进行图像呈现。

在一种可能的实现方式中，所述近眼显示系统包括一个所述近眼显示器。用户佩戴所述近眼显示系统时，所述近眼显示器对应于用户的左眼或右眼。

在一种可能的实现方式中，所述近眼显示系统包括两个所述近眼显示器。用户佩戴所述近眼显示系统时，一个所述近眼显示器对应于用户的左眼，一个所述近眼显示器对应于用户的右眼。

在一种可能的实现方式中，所述收发信机为无线收发信机。

在一种可能的实现方式中，所述近眼显示系统还包括促动器，所述促动器用于支撑所述近眼显示器，并根据所述用户的眼球的运动轨迹，调整所述近眼显示器的位置，使得所述近眼显示器的焦点落在所述用户的眼球内。这样，当用户的眼球发生转动时，用户无需手动调整近眼显示器即可看到清晰的图像，能够提升用户的使用体验。

附图说明

图1是采用ar技术呈现的效果图；

图2是根据本发明实施例的近眼显示系统的示意图；

图3是根据本发明实施例的近眼显示器的侧视图；

图4是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图5是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图6是根据本发明实施例的近眼显示器中的lcd单元的顶视图；

图7是根据本发明另一实施例的折射结构的参数示意图；

图8是根据本发明另一实施例的折射结构的侧视图；

图9是近眼显示视场弧面的示意图；

图10是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图11是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图12是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图13是根据本发明另一实施例的近眼显示器中的准直滤镜的侧视图；

图14是根据本发明另一实施例的近眼显示器的原理示意图；

图15是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图16是根据本发明另一实施例的近眼显示器的尺寸示意图；

图17是根据本发明实施例的近眼显示器的lcd单元的排列示意图；

图18是根据本发明实施例的近眼显示器的lcd单元的另一排列示意图；

图19是根据本发明另一实施例的近眼显示器的侧视图；

图20是根据本发明实施例的准直滤镜的制作工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

图2是根据本发明实施例的近眼显示系统的示意图。如图2所示，近眼显示系统包括：近眼显示器、驱动芯片、电池、收发信机和天线。

近眼显示器用于将图像投射到用户的眼睛内。驱动芯片用于将数字图像信号转化为lcd单元的驱动电流强弱及时序信号，并通过隐藏在镜框内的金属连线连接到近眼显示器，驱动近眼显示器进行图像呈现。电池为整个近眼显示系统提供电源。收发信机及天线用于从移动终端接收通过无线链路传输的数字图像信号，并传送给驱动芯片。其中，优选地，该收发信机具体可以是无线收发信机。

如图2所示，近眼显示系统可以包括两个近眼显示器，左侧近眼显示器和右侧近眼显示器，该两个近眼显示器分别对应于用户的左眼和右眼，这样用户的双眼都可以看到采用ar显示技术的增强实景图像。但本发明实施例对此并不限定，近眼显示系统还可以只包括一个近眼显示器，该近眼显示器对应于用户的左眼或右眼，这样用户对应于近眼显示器的眼睛可以看到采用ar显示技术的增强实景图像。

也就是说，本发明实施例中的近眼显示器可以看作是近眼显示系统中的一个镜片。

如图3所示，本发明实施例提供的近眼显示器可以包括液晶显示(liquidcrystaldisplay，lcd)面板310和折射结构320。其中lcd面板310包括平铺设置的多个lcd单元301，多个lcd单元301中的每两个相邻lcd单元301间隔设置，且每两个相邻lcd单元301之间填充有透光的透明基材。

该多个lcd单元301平铺设置在lcd面板310内，具体是指：该多个lcd单元301在垂直于lcd面板310的方向上互不重叠，每个lcd单元301在垂直于lcd面板310的方向上不会对其他lcd单元301输出的光线造成遮挡。

每个lcd单元利用液晶的电光效应对输入的光线进行调制，然后输出调制后的光线。通过控制lcd面板内的多个lcd单元对输入的光线进行调制，可以在lcd面板上显示图像。

在一些实施例中，可以利用外界自然光作为lcd面板中每个lcd单元的背光。这样无需为lcd面板设置背光源，不仅有利于降低成本，还有利于减小近眼显示器的体积和重量。

需要说明的是，本发明实施例中的lcd面板310与现有技术中的lcd面板的不同之处在于，每两个相邻lcd单元301之间间隔预设距离，且每两个相邻lcd单元301之间填充有透光的透明基材，这样的设计能够使得外部实景光线透过相邻lcd单元之间的透明基材进入用户的眼睛。

折射结构320设置在lcd面板310的发光侧，用于将lcd面板310输出的光线折射到近眼显示器的焦点处，近眼显示器的焦点落在用户的眼球内。

具体地，每个lcd单元301输出的光线组成光柱，该光柱经过折射结构320折射后光柱的中心指向近眼显示器的焦点处。

需要说明的是，近眼显示器的焦点是指准直光经过该近眼显示器之后被汇聚到的一个点，这个点即为该近眼显示器的焦点。所谓的准直光是相对于发散光来说的，通常光线是发散的，即开始相邻的两条光线传播后会相离越来越远。光线自光源处发出后，出射光锥的发散角小于或等于特定的角度(例如，在本发明实施例中，该特定角度可以小于或等于5°)，则可认为该光源发出的多条光线互相平行，为准直光。准直光通俗说就是多条光线之间大致是平行的。

在本发明实施例中，近眼显示器包括lcd面板和折射结构，所以在本发明实施例中，lcd面板输出的光线是经过折射结构之后，被折射到该近眼显示器的焦点处的。此外，本领域技术人员都知道，为了让用户能够更清楚地看清近眼显示器显示的图像，可选地，近眼显示器的焦点会落在用户的眼球中。具体地，近眼显示器的焦点落在用户的瞳孔圆心的中轴线上。本实施例及其他实施例中，如无特殊说明，近眼显示器的焦点也均落在用户的瞳孔圆心的中轴线上。还需要说明的是，用户佩戴近眼显示器之后，如果用户的眼球发生了转动，则近眼显示器的焦点可能无法落在用户的瞳孔的圆心的中轴线上，此时可以由用于支撑近眼显示器的器件(如促动器)自动跟踪用户的眼球转动，并自动调整近眼显示器的位置，使得近眼显示器的焦点落在用户的瞳孔的圆心的中轴线上。这样，当用户的眼球发生转动时，用户无需手动调整近眼显示器即可看到清晰的图像，能够提升用户的使用体验。

使用促动器等支撑部件调整该近眼显示器的位置时，还可以结合用户的头型或脸型等进行调整，这样能够更加精确地调整该近眼显示器的位置。

可选地，折射结构320的基材可以为透明基材。

还需要说明的是，折射结构320中与每两个lcd单元301之间间隔的透明基材正对的部分允许外界光线无畸变通过。可选地，折射结构320中与每两个lcd单元301之间间隔的透明基材正对的部分也可以为透明基材。

可选地，lcd面板310还可以包括透明基板，多个lcd单元301可以间隔放置在lcd面板310的透明基板上。

通过在lcd面板上设置多个lcd单元，并且在任意两个相邻lcd单元之间的间隔处采用透明基材，使得外部实景光线能够通过任意两个lcd单元之间的间隔，从而实现外部实景图像与lcd单元显示图像的叠加。

本发明实施例中的透明基材可以是玻璃或透明性树脂，但本发明实施例对此并不限定，该透明基材还可以是其他能够透光的材料。需要说明的是，本发明实施例对透明基材的透光率也不做限定，例如，该透明基材的透光率可以为80％～95％。透明基材的透光率越高，人们佩戴近眼显示器时看到的图像的质量越高。可选地，透明基材覆盖任意两个相邻lcd单元之间的全部间隔，从而最大可能提升透光率。

在一些实施例中，多个lcd单元301可以布置为m行×n列的矩阵形状，m和n均为大于或等于1的整数。但本发明实施例对此并不限定，多个lcd单元301还可以布置为其他规则形状或不规则形状。

相邻lcd单元可以指在一个或多个指定方向上相邻的lcd单元，该指定方向可以根据lcd单元的布置形状确定。例如，多个lcd单元301布置为矩阵形状，相邻lcd单元指的是在行方向和/或列方向上相邻的lcd单元。

应理解，每两个相邻lcd单元间隔设置是指设置的两个相邻lcd单元之间存在一定的间隔距离，该间隔距离可以根据实际的产品进行调整。间隔距离越大，透光率越高，但是图像质量越差。间隔距离越小，透光率越低，图像质量越高。

在一些实施例中，每两个相邻lcd单元之间的间隔距离相同，这样有利于简化近眼显示器的生产工艺。但本发明实施例对此并不限定，每两个相邻lcd单元之间的间隔距离也可以不同，或者部分相邻lcd单元之间的间隔距离相同。例如，多个lcd单元301布置为矩阵形状，在行方向和/或列方向上相邻的两个lcd单元之间的间隔距离相同；或者，在行方向上相邻的两个lcd单元之间间隔第一距离，在列方向上相邻的两个lcd单元之间间隔第二距离，且第一距离与第二距离不同。

在另一些实施例中，由于人眼视觉对视黄斑部分的分辨率高，而对边缘部分的分辨率较低，因此还可以根据lcd单元距离lcd面板中心(即近眼显示器镜片中心)的距离来设置lcd之间的间隔距离。例如距离lcd面板中心越远，lcd单元之间的间隔越大，这样并不会影响用户的视觉体验。

本发明实施例的近眼显示器中，通过在lcd面板的发光侧设置折射结构，将lcd面板显示的图像折射到用户的眼睛内，同时外界的实景光线穿过lcd单元之间的透明基材进入用户的眼睛，能够实现lcd面板显示的虚拟图像与外部实景图像叠加的ar显示。同时，将lcd单元排列在整个lcd面板上，这样能够提供较大的视场范围，进而能够提升用户的视觉体验。

另外，由于本发明实施例的近眼显示器没有复杂的光学透镜组和机电运动部件，因此有利于减轻近眼显示器的重量。

本发明实施例中的折射结构可以为任意能够将lcd单元输出的光线折射至近眼显示器的焦点处的结构，本发明实施例对折射结构的具体实现形式不作限定。

在一些实施例中，如图4所示，折射结构320包括多个子折射结构321。多个子折射结构321与多个lcd单元301一一对应，其中每个子折射结构321用于将对应的lcd单元301输出的光线折射至近眼显示器的焦点处。每两个相邻的子折射结构321之间填充有透光的透明基材。该透明基材能够使得外部实景光线通过。可选地，相邻的子折射结构321之间填充的透明基材与相邻的lcd单元301之间填充的透明基材相同。

可选地，每个子折射结构321与对应的lcd单元301之间通过胶水粘接。

可选地，每个子折射结构321上靠近对应的lcd单元301的一侧的表面大于或等于对应的lcd单元301的发光表面。这样能够使得每个lcd单元301发出的光线更多地进入对应的子折射结构321中，进而使得每个子折射结构321能够将更多的光线折射至近眼显示器的焦点处。

可选地，每两个相邻的子折射结构321之间的距离与其对应的两个相邻lcd单元301之间的距离相同。可选地，每个子折射结构321与对应的lcd单元的中心轴重合。

在一些实施例中，可以将通过胶水粘接的每个lcd单元301和对应的子折射结构321作为一个像素组件。也就是说，近眼显示器可以包括间隔设置多个该像素组件，且每两个相邻像素组件之间填充有透光的透明基材。外部实景光线能够透过该透明基材进入用户的眼睛。

在一些实施例中，lcd单元301是单色lcd单元，例如每个lcd单元301包括一种颜色的lcd单元，如红色lcd单元、绿色lcd单元或蓝色lcd单元。

在一些实施例中，每个lcd单元301包括红色(r)子lcd单元、绿色(g)子lcd单元和蓝色(b)子lcd单元，如图5所示。如图6所示为每个lcd单元的顶视图。应理解，图6所示仅以每个lcd单元的顶视图为圆形为例，但本发明实施例对此并不限定，每个lcd单元的顶视图还可以为其他形状。

在一些实施例中，如图5所示，每个子折射结构321上靠近lcd面板310的一侧设置有三个斜槽321-1～321-3，每个子折射结构321中的三个斜槽321-1～321-3与每个lcd单元301中的三个子lcd单元一一对应，每个斜槽用于将对应的子lcd单元输出的光线折射至近眼显示器的焦点处。用于粘接每个lcd单元301和对应的子折射结构321的胶水如图5所示阴影部分。

需要说明的是，图5中仅以采用外界自然作为每个lcd单元的背光为例。

还需要说明的是，图5所示仅以lcd单元输出的三条光线为例描述近眼显示器的光路。实际上，每个lcd单元输出的多条光线组成的光束经过同一个斜槽折射后指向近眼显示器的焦点。具体地，每个lcd单元输出的多条光线组成的光束经过斜槽折射，折射后光束的中心指向近眼显示器的焦点处。lcd单元输出的光束的横截面的尺寸与lcd单元的尺寸相关。

当每个lcd单元301包括红色子lcd单元、绿色子lcd单元和蓝色子lcd单元时，lcd单元301能够输出不同颜色的光，使得lcd面板能够实现彩色显示，进而使得近眼显示器能够显示彩色图像。

本发明实施例的近眼显示器通过采用液晶显示工艺，相对于现有技术的近眼显示器，能够降低成本。

为了使得每个折射结构能够更加精准地将每个lcd单元输出的光线折射至近眼显示器的焦点处，每个子折射结构321上的每个斜槽的设计可以满足如下要求：

1、每个斜槽的斜面与子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面具有一交线，该交线与该子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面上沿近眼显示器的水平方向(如x方向)的第一中轴线之间的第一夹角φ(如图7所示)满足以下关系式(1)：

其中，该交线与第一中轴线之间的第二夹角大于或等于第一夹角，即第一夹角为该交线与第一中轴线形成的两个夹角中较小的一个夹角；

2、每个斜槽的斜面与该子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面之间的第三夹角θ(如图8所示)满足以下关系式(2)：

其中

其中，每个斜槽的斜面与该子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面之间的第四夹角大于或等于第三夹角，即第三夹角为每个斜槽的斜面与子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面形成的两个夹角中较小的一个夹角。

公式(1)和公式(2)中各个参数的含义如下所示：

d为每个斜槽的斜面的中心点到该第一中轴线的距离，l为每个斜槽的斜面的中心点到子折射结构321上远离lcd面板310的一侧表面上沿近眼显示器的垂直方向(如y方向)的第二中轴线的距离，n为子折射结构321的基材的折射率，nf为子折射结构321与对应的lcd单元301之间的胶水的折射率，r为近眼显示视场弧面曲率半径。

在一些实施例中，近眼显示视场弧面曲率半径r满足以下关系式(3)：

其中，s为lcd面板的中心到用户的瞳孔中心的距离，α为眼睛的最大视角，p为用户的瞳孔半径，如图9所示。用户的瞳孔半径p指的是：用户的眼球转动情况下瞳孔可以覆盖的眼球表面的曲面面积在水平面投影的半径。

近眼显示视场弧面的球心即为近眼显示器的折射结构的焦点。

满足以上设计的折射结构，能够使lcd面板在用户的视网膜的成像更加清晰，成像不会因用户的眼睛变焦而模糊。需要说明的是，以上描述的关系式(1)和关系式(2)的例子是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非要限制本发明实施例的范围。本领域技术人员根据所给出的关系式(1)和关系式(2)的例子，显然可以进行各种等价的修改或变化，这样的修改或变化也落入本发明实施例的范围内。

在一些实施例中，当采用自然光为lcd面板310提供背光时，为了提高lcd单元的背光强度，还可以设置聚光透镜。具体地，如图10所示，近眼显示器还可以包括：设置在lcd面板310的背光侧的多个聚光透镜331，多个聚光透镜331与多个lcd单元301一一对应，多个聚光透镜331中的每个聚光透镜331用于将指向每个聚光透镜331的焦点处的自然光转变为准直光，并输入对应的lcd单元301，以提高对应的lcd单元的背光强度。换句话说，聚光透镜可以将外部较大角度范围内的入射光转化为准直光，从而提升lcd单元的背光强度。可选地，多个聚光透镜331中的每两个相邻的聚光透镜331间隔设置，且每两个相邻的聚光透镜331之间填充有透光的透明基材。这样可以允许外界实景光线无畸变通过两个相邻的聚光透镜之间的间隔。每个lcd单元301和对应的聚光透镜331可以通过胶水1粘接。可选地，胶水1的折射率低于聚光透镜331的基材的折射率。

可选地，每两个相邻的聚光透镜331之间的距离与其对应的相邻的两个lcd单元301之间的距离相同。可选地，每个聚光透镜331与对应的lcd单元301的中心轴重合。

如图11所示，近眼显示器还可以包括：设置在lcd面板310和折射结构320之间的多个准直滤镜341，多个准直滤镜341与多个lcd单元301一一对应，多个准直滤镜中341的每个准直滤镜341用于滤除对应的lcd单元301输出的非指定方向的光线，非指定方向为与准直光的方向不同的方向。在lcd面板的发光侧设置准直滤镜341，由于该准直滤镜仅允许准直方向的光线通过，而其它非准直方向的入射光线均被反射或者吸收，这样在人眼聚焦到远处的景物像素点时，液晶屏上显示的图像像素能在人眼的眼底清晰成像。

可选地，多个准直滤镜341中的每两个相邻的准直滤镜341间隔设置，且每两个相邻的准直滤镜341之间填充有透光的透明基材。这样可以允许外界实景光线无畸变通过两个相邻的准直滤镜之间的间隔。应理解，多个准直滤镜341以及相邻的准直滤镜341之间的透明基材位于同一平面，且高度相同。也就是说，本发明实施例的近眼显示器的外侧表面为平面。准直光的方向为与近眼显示器的外侧表面垂直的方向。

在一些实施例中，对应的聚光透镜331、lcd单元301、准直滤镜341和子折射结构321的中心轴重合。

如图11所示，多个子折射结构321与多个准直滤镜341一一对应，每个准直滤镜341位于对应的lcd单元301与对应的子折射结构321之间。每个lcd单元301和对应的准直滤镜341可以通过胶水2粘接，每个准直滤镜341和对应的子折射结构321之间可以通过胶水3粘接。在本发明实施例中，子折射结构321上的每个斜槽的设计也满足上文中公式(1)和公式(2)的设计，应注意，此时公式(2)中的nf为子折射结构321与对应的准直滤镜341之间的胶水3的折射率。可选地，胶水2的折射率低于准直滤镜341的基材的折射率。可选地，准直滤镜341的基材的折射率以及子折射结构321的基材的折射率相同。

可选地，胶水1、胶水2和胶水3的折射率相同。可选地，每两个相邻的准直滤镜341之间的距离与其对应的相邻的两个lcd单元301之间的距离相同。可选地，每个聚光透镜331、对应的lcd单元301、对应的准直滤镜341、对应的子折射结构321的中轴线重合。在一些实施例中，可以将每个lcd单元301、该lcd单元301对应的聚光透镜331、该lcd单元301对应的准直滤镜341以及该lcd单元301对应的子折射结构321作为一个像素组件。也就是说，如图11所示，近眼显示器可以包括多个该像素组件，该多个像素组件中的每两个相邻像素组件间隔设置，且每两个相邻像素组件之间填充有透光的透明基材。外部实景光线能够透过该透明基材进入用户的眼睛。

在一些实施例中，每个lcd单元301包括至少一个子lcd单元，每个聚光透镜331包括至少一个子聚光透镜，每个准直滤镜341包括至少一个子准直滤镜，每个子折射结构321包括至少一个斜槽，该至少一个子聚光透镜、至少一个子lcd单元、至少一个子准直滤镜与至少一个斜槽一一对应。每个子聚光透镜用于提高对应的子lcd单元的背光强度，每个子准直滤镜用于滤除对应的lcd单元发出的非指定方向的光线，每个斜槽用于将每个子准直滤镜输出的光线折射至近眼显示器的焦点处。

在一些实施例中，如图12所示，每个lcd单元301包括红色(r)lcd单元、绿色(g)lcd单元和蓝色(b)lcd单元，每个准直滤镜341包括三个子准直滤镜，位于同一个lcd单元内的红色子lcd单元、绿色子lcd单元和蓝色子lcd单元与位于同一个准直滤镜内的三个子准直滤镜一一对应。每个聚光透镜331也包括三个子聚光透镜，位于同一个聚光透镜331内的三个子聚光透镜与位于同一lcd单元内的红色子lcd单元、绿色子lcd单元和蓝色子lcd单元一一对应。

如图12所示，聚光透镜331中的三个子聚光透镜可以设置在同一基材上。可选地，每个子聚光透镜的宽度与对应的子lcd单元的宽度相同。这样可以为对应的子lcd单元提供更多的背光。

图13所示为图12中的准直滤镜的结构示意图。如图13所示，每个子准直滤镜可以包括沿水平方向对称设置的两个圆锥形透镜，两个圆锥形透镜中的每个圆锥形透镜包括圆锥形透光体和凸透镜。每个圆锥形透镜中的凸透镜的焦点位于圆锥形透光体的顶端，两个圆锥形透镜的圆锥形透光体的顶端相连，两个圆锥形透镜的圆锥形透光体的顶端相连处为透光孔。

具体地，圆锥形透镜中凸透镜的底面与圆锥形透光体的底面相连，凸透镜的底面与圆锥形透光体的底面的直径相同。

可选地，每个圆锥形透镜中的圆锥形透光体的高度t满足以下关系式(4)：

其中，rr、rg、rb分别为位于同一lcd单元内的红色子lcd单元、绿色子lcd单元和蓝色子lcd单元各自对应的子准直滤镜中的凸透镜的曲率半径，nr、ng、nb分别为每个子准直滤镜的基材对红色波长的光、绿色波长的光、蓝色波长的光的折射率，nfr、nfg、nfb分别为胶水3对红色波长的光、绿色波长的光、蓝色波长的光的折射率。

每个圆锥形透镜中的圆锥形透光体的高度t满足关系式(4)时，能够使得子准直透镜中每个圆锥形透镜的焦点落在圆锥形透光体的顶部。

可选地，每个圆锥形透光体的轴截面的两条母线之间的夹角γ满足关系式(5)：

每个子准直滤镜中的两个圆锥形透镜相连处的透光孔的直径g满足关系式(6)：

g≥2×λ(6)

其中，λ为透光孔透过的光线的最大波长，t为圆锥形透光体的高度，w为圆锥形透光体的底面直径。满足以上关系式(5)和关系式(6)可以避免子准直透镜输出的光线发生衍射，从而避免影响图像清晰度。

需要说明的是，每个子准直滤镜中的凸透镜的宽度与圆锥形透光体的底面直径相等。

如图12或图13所示，位于同一个准直滤镜内且相邻的两个子准直滤镜之间设置遮光槽，遮光槽内填充吸光材料。这样，遮光槽中的吸光材料可以将入射到子准直透镜的焦点之外的光线吸收掉，从而实现滤除lcd单元输出的非指定方向的光线。

可选地，如图12所示，每个子准直滤镜的凸透镜的宽度与对应的子lcd单元的宽度相同。

需要说明的是，图12中仅以三条光线的光路为例描述。聚光透镜331将外部入射角度较大的入射光转换为准直光输入lcd单元中，经过lcd单元调制后输出的光线输入准直滤镜341，准直滤镜将非指定方向的光线滤除掉，并将指定方向的准直光输入子折射结构321中，子折射结构321将输入的准直光折射至近眼显示器的焦点处。每个子准直滤镜输出的多条准直光组成的光束经过同一个斜槽折射后指向近眼显示器的焦点。具体地，每个子准直滤镜输出的多条光线组成的光束经过斜槽折射，折射后光束的中心指向近眼显示器的焦点处。

在一些实施例中，可以将如图12所示的一个lcd单元301、对应的聚光透镜331、对应的准直滤镜341和子折射结构321作为一个像素组件。如图14所示，近眼显示器可以包括多个该像素组件，该多个像素组件中的每两个相邻像素组件间隔设置，且每两个相邻像素组件之间填充有透光的透明基材。

还需要说明的是，图12或图13中所示的准直滤镜341的结构以及图12所示的聚光透镜331的结构仅为示意性的，而非要限制本发明实施例的范围。本领域技术人员根据上述例子，显然可以进行各种等价的修改或变化，这样的修改或变化也落入本发明实施例的范围内。

在一些实施例中，可以采用准直光源为lcd单元提供背光。采用准直光源能够为lcd单元提供强度足够的背光，因此无需在近眼显示器中设置聚光透镜和准直滤镜，有利于简化近眼显示器的结构。如图15所示，近眼显示器还可以包括多个准直光源，多个准直光源351与多个lcd单元301一一对应，多个准直光源351中的每个准直光源为351对应的lcd单元301提供背光。而且，多个准直光源351中的每两个相邻的准直光源351间隔设置，且每两个相邻的准直光源351之间填充有透光的透明基材。

可选地，每两个相邻的准直光源351的距离与其对应的相邻的两个lcd单元301之间的距离相同。可选地，每个准直光源351与对应的lcd单元301的中轴线重合。

在一些实施例中，可以将每个lcd单元301、对应的准直光源351与对应的子折射结构321作为一个像素组件。也就是说，近眼显示器可以包括多个该像素组件，该多个像素组件中的每两个相邻像素组件间隔设置，且每两个相邻像素组件之间填充有透光的透明基材。外部实景光线能够透过该透明基材进入用户的眼睛。

应理解，当lcd单元包括多个子lcd单元时，每个lcd单元对应的准直光源也包括多个子准直光源，且位于同一个lcd单元内的多个子lcd单元与位于该lcd单元对应的准直光源中的多个子准直光源一一对应。

下面以一个具体例子描述根据本发明实施例的近眼显示器的各个参数。如图16所示，近眼显示器的lcd面板的尺寸可以为：50mm×30mm，像素(即lcd单元)数量为：1445×1250。一个lcd单元的直径为8μm，两个相邻lcd单元的中心之间的间距d1＝10μm，两个相邻子准直滤镜之间的间隔的距离d3＝2μm，红色子lcd单元的直径rr＝8μm，绿色子lcd单元的直径rg＝8.5μm，蓝色子lcd单元的直径rb＝9μm，t＝36μm，胶水1的折射率、聚光透镜331的基材的折射率、胶水2的折射率和子折射结构321的基材的折射率均为1.7，胶水3的折射率为1.45，近眼显示器的厚度可以为200μm或1mm，近眼显示器的厚度越厚，刚度越高。应理解，这个例子是为了帮助本领域技术人员更好地理解本发明实施例，而非要限制本发明实施例的范围。本领域技术人员根据上述例子，显然可以进行各种等价的修改或变化，这样的修改或变化也落入本发明实施例的范围内。

如上文描述，本发明实施例中的lcd面板上的多个lcd单元可以采用多种排列方式，例如，lcd面板上的多个lcd单元可以采用如图17或图18所示的排列方式，图17和图18中以一个lcd单元包括r、g、b三个子lcd单元为例。类似的，每个lcd单元中的多个子lcd也可以采用多种排列方式布置，本发明实施例对此不作限定。例如，例如每个lcd单元中的多个子lcd单元可以如图17所示呈一字形排列，还可以如图18所示呈三角形排列。

以图17所示的排列方式为例。假设x方向上排列了1445个lcd单元，y方向上排列了1250个lcd单元，x方向上相邻的两个lcd单元之间的距离可以为34.59μm，y方向上相邻的两个lcd单元之间的距离可以为24μm，则近眼显示器在x方向上的最小宽度为1444×34.59μm，在y方向上的最小高度为1249×24μm。

图19是根据本发明另一实施例的近眼显示器的结构示意图。如图19所示，本发明实施例提供的近眼显示器可以包括弧面lcd面板410。该弧面lcd面板410包括沿设定弧面平铺设置的多个lcd单元411，多个lcd单元411中的每两个相邻lcd单元411间隔设置，且每两个相邻lcd单元411之间填充有透光的透明基材，多个lcd单元411中的每个lcd单元411输出的光线指向近眼显示器的焦点处，近眼显示器的焦点落在用户的眼球内。本发明实施例中，弧面lcd面板的设计能够使得每个lcd单元输出的光线指向近眼显示器的焦点处。通过在弧面lcd面板上设置多个lcd单元，并且在任意两个相邻lcd单元之间的间隔处采用透明基材，使得外部实景光线能够通过任意两个lcd单元之间的间隔，从而实现外部实景图像与lcd单元显示图像的叠加。

需要说明的是，图19所示近眼显示器与上文图3所示实施例的区别在于，采用弧面lcd面板，通过合理设计弧面lcd面板的弧度，使得每个lcd单元输出的光线直接指向近眼显示器的焦点处，无需设置折射结构对lcd单元输出的光线进行折射处理，有利于简化近眼显示器的结构。

多个lcd单元的排列形状可以参考上文图3所示近眼显示器中的相关描述，在此不再赘述。

在一些实施例中，图19所示近眼显示器还可以包括多个准直光源，该多个准直光源421与多个lcd单元一一对应，其中每个准直光源为对应的lcd单元提供背光。

多个准直光源中的每两个相邻的准直光源间隔设置，且每两个相邻的准直光源之间填充有透光的透明基材。这里的准直光源与上文实施例中的准直光源相对应，这里不再赘述。

在一些实施例中，可以采用自然光为弧面lcd面板提供背光。相应地，图19所示近眼显示器还可以包括：设置在弧面lcd面板的背光侧的多个聚光透镜，以及设置在弧面lcd面板的发光侧的多个准直滤镜。多个聚光透镜与多个lcd单元一一对应，多个准直滤镜与多个lcd单元一一对应。

多个聚光透镜中的每个聚光透镜用于将指向每个聚光透镜的焦点处的自然光转变为准直光，并输入对应的lcd单元，以提高对应的lcd单元的背光强度。多个聚光透镜中的每两个相邻的聚光透镜间隔设置，且每两个相邻的聚光透镜之间填充有透光的透明基材。多个准直滤镜中的每个准直滤镜用于滤除对应的lcd单元输出的非指定方向的光线，非指定方向为与准直光的方向不同的方向，多个准直滤镜中的每两个相邻的准直滤镜间隔设置，且每两个相邻的准直滤镜之间填充有透光的透明基材。

通过设置聚光透镜和准直滤镜，有利于提高近眼显示器的成像质量。

应理解，本发明实施例中的聚光透镜和准直滤镜分别与上文实施例中的聚光透镜和准直滤镜相对应，可以参考上文相关描述，这里不再赘述。

还需要说明的是，上述各个实施例中的胶水均可以采用透明胶水，透明胶水的透光率较高，有利于提高近眼显示器的成像质量。上述各个实施例中的折射结构、聚光透镜、准直滤镜基材可以为透明基材。折射结构采用的透明基材、聚光透镜采用的透明基材、准直滤镜采用的透明基材以及相邻的像素组之间填充的透明基材可以为相同的透明基材，也可以为不同的透明基材，本发明实施例对此并不限定。

图20是根据本发明实施例的近眼显示器中的准直滤镜的实现工艺的示意性流程图。如图20所示，该实现工艺流程如下所示。

步骤1、通过纳米印压技术在有机透明材料基材上形成透镜阵列及凹槽。

步骤2、在透镜阵列及凹槽的表面印刷吸光涂料，形成吸光凹槽。例如，印刷黑色吸光油墨，使得吸光凹槽内充满油墨，具备吸光特性。

步骤3、采用高精度激光或蚀刻工艺在相邻吸光凹槽之间的表面开孔。例如，在对应微透镜焦点处使用激光出去吸光油墨，形成光通路。

步骤4、将两个通过以上步骤得到的透镜组的透光孔相向对正粘贴，即可完成准直透镜的制作。

应理解，图20所示仅为准直滤镜的实现工艺的一种例子，本发明实施例并不限于此。

还应理解，通过步骤1至3即可完成聚光透镜的制作。

以上所述，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。